水质自动监测技术及其应用

陈泳艺

(泉州市南安生态环境局，福建 泉州 362300)

随着科学技术的提高，社会经济也在飞速的发展，但是在发展中侧重经济效益，没有对资源进行有效的保护，工业污染、水资源过度开发等导致了水环境污染问题日益严重，这对于人们的生产生活以及社会经济的可持续发展产生了严重的影响，因此对水质进行监测是极为必要的。采用传统的人工采样与监测花费了大量的人力物力，取得的数据也仅是瞬时的有限的数据，随着环境管理需求的发展以及自动化、信息化水平的提升，在对水环境进行监测的过程中，自动监测技术因为其连续性强、快速便捷、信息量大等优点而发挥出很大的作用，因而在水质监测的过程中，加强自动监测技术的应用，对水环境保护工作的开展有着重大的意义。

1 水质自动监测技术概述

水质自动监测技术源自实验室分析方法。20世纪80年代移动注射技术的应用自动化精简了繁琐的实验步骤，实现了样品的自动连续分析，大大提高了实验室分析的准确性和效率。水质自动监测基于采样步骤的进一步自动化，以实现水质持续监测的目标[1]。

数十个或数百个水质自动监测站组成了水质自动监测系统，对局部水域水质环境进行综合监测[2]。通过采用以各种现代科学技术为手段的水质监测仪器为核心，在此基础上建成在线自动监测系统，实时监测水环境，同时通过数据网络将监测数据及时传输至水质监测数据接收中心，分析数据，及时发现水环境异常情况[3]。对各监测点的水质监测数据进行了科学真实的反映，对准确把握当前水质状况以及预测未来水质变化方向有着相当重要的意义。

水质自动监测系统通过有线或无线的传输手段，将在各个监测点位监测出的各类指标如常规五参数、氨氮、高猛酸盐指数、蓝绿藻等以数据的形式传回监控中，也可满足现场读取监测数据的功能。通过远程监控系统对水质指标进行实时连续的监控，对监测水体的水质状况进行有效的把控，通过水质变化趋势，提前预知水质污染状况的发生，从而提早准备，提早预防，避免水质污染的进一步扩大[4]。

2 水质自动监测技术与人工监测的对比

水质自动监测技术通过依靠计算机计算数据，节省了计算时间并提高了计算的准确率，从而提高了水质监测效率；以自动监测设备取代原本需要人工采样的环节，极大提高了水质采样工作的安全性；水质自动监测技术虽在初期需要一定的建设投入，但总体上是降低了“人财物”的投入[5]。但是，相较于人工监测的机动性、质量控制措施完整性等优点，自动监测中仍然存在一部分问题，如在河流两岸的断面处建设自动监测站进行自动监测，监测数据可能难以有效表示全段水质的真实状态，同时分析方法的不标准也会带来一定程度上的误差，从而影响最终数据的精确性[6]。

南京大胜关水质自动检测站为了提升监测数据的代表性，更好的起到预警效果，将自动监测采样口设置在了水质条件相对较差的地方，从而避免了由于水域内流动和污染物空间分布导致的不能及时发现污染状况的情况。自动监测站点配备了常规五参数分析仪K100(pH、溶解氧、水温、浊度、电导率)、高锰酸盐指数分析仪K301A、氨氮分析仪TresCon UNO、总氮分析仪K301 TNP、自动采样器SP4D等设备。通过与人工采样监测结果进行分析对比得出水温、pH值、电导率、溶解氧及氨氮5个参数符合规范要求，样本的相对误差绝对值超限比例低。而总磷、总氮、浊度及高锰酸盐指数最大值均超过15%，未达到国家对自动监测仪对比分析相对误差的要求。研究得到自动监测数据与常规数据在水温、电导率、pH值、溶解氧、氨氮等项目上一致性较高，可以代表断面水质平均水平。但由于受到岸边面源污染的影响，污染物在同一断面空间分布仍存在差异[6]。

重庆市生态环境监测中心为系统研究地表水水质自动监测与人工监测之间的差异问题，选取48个已建成并投用的国家地表水水质自动监测站，对水温、pH、溶解氧、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮9项监测指标开展了人工监测与自动监测的对比实验研究，通过实际水样比对结果分析、水质类别比对分析、相关性分析、误差分析，得出自动监测结果与手工监测的结果相差在允许范围之内，因此推断自动监测数据科学合理，同时还极大的提升了水质监测的速度和效率，极大提升了环保部门管理流域水质以及科研人员实验研究的便捷性[7]。

在手工监测中，可以人工操作将待测物浓度调节至最佳范围，以确保测定结果的准确性，但自动分析可能由于待测物浓度未在最佳测定范围导致测定灵敏度不能满足优质水体准确测定的要求。相比较手工监测，仍存在着监测指标覆盖面不够广、采样方式不够规范、以及监测仪器不够灵敏等技术层面上的问题。因此当前的水质监测技术往往是将自动监测与人工监测相结合，优势互补，从而满足水质监测的需求[8]。

3 我国水质自动监测技术现状

水质自动监测在国外起步较早，日本1967年开始考虑在公共水域设置水质自动监测器，英国在1975年建成泰晤士河流域水环境自动监测系统，美国在20世纪70年代中期已在全国范围内建立了覆盖各大水系的上千个自动连续监测网点，可随时对水温、pH、浊度、COD、BOD及总有机碳等指标进行在线监测[9]。

我国水质自动监测技术于20世纪末开始起步，水质自动监测站建设始于2000年，初始阶段只是在环保部门所保护的重点水域进行水质监测。常见监测项目有常规五参数、化学需氧量、生化需氧量、总需氧量、高锰酸盐指数、总有机碳、总磷、氨氮等。近些年随着科学技术的不断发展，我国水质监测系统已经覆盖了全国所有重要河流和湖泊，包括七大水系在内的63条河流、13座湖库在内，在我国很多重要河流及各种干支流中都设有水质自动监测站，对水域水质进行及时有效的监控[10]。

水质自动监测网络使得环境管理部门可以对流域内水环境的质量进行系统全面的把控，对所在断面水质变化趋势的观测也发挥了重要的作用，改变了以往事后才能提供水质信息的被动局面，对水质恶化现象可以及时预警，提前预防，真正做到了防范于未然。随着环保执法力度的不断加大以及配套环境水质在线监测法律法规的不断出台，水质监测工作也在不断的朝着信息化、标准化的方向前进，通过数据的图表显示，让工作人员可以更清晰直观的查询水质信息，提高工作效率，更好的开展流域管理以及水质治理工作。

4 水质自动监测技术在水环境监测中的应用

(1)监测区域内污染总量

水域污染总量直接反映了当前水域的水质，水域污染总量的计算，必须有相应的数据支撑，依靠自动监测技术对区域内水质污染总量进行监测，极大的提高了监测效率，使监测结果准确性更高，从而对水环境污染物总量进行有效管理。

(2)监测供水源水质

利用远程传输系统将在水源地自动监测站点的监测数据持续的发回监控中心，一旦监测数据出现异常情况，能够及时的发出预警，从而快速有效的开展工作，从源头上减少了大型污染事故的发生，为水源地水质保护工作打下了坚实的基础。

(3)预警重大水质污染问题

水质自动监测技术可以实现对水域24小时不间断监控，可对突发的水质污染状况进行控制，确保下游水质安全，及时查明水污染源，自动监测系统中含有预警功能，可以通过分析数值变化趋势，判断污染程度做出对水质污染事故的预警，防止污染事故进一步恶化。在2007年由于太湖富营养化导致的重大蓝藻污染事件中，水质自动监测技术发挥了重大的作用，通过对水质自动监测站传输的实时监控数据，对有利于蓝藻生长的水质指标进行分析，预测出蓝藻的当前生长状况和生长趋势，尽早的对水质污染变化状况进行了预警[11]。

(4)监测跨界河流水质

在跨界河流的水质敏感点设置水质自动监测系统，通过水质自动监测技术实时监控水质变化情况，让相关部门的工作人员获得客观准确的水质监测数据。

5 结 语

作为人工监测的补充，水质自动监测在监测目标管理水域水质污染状况，及时掌握主要流域重点断面水体的水质污染状况，预警水质污染等方面都起到了极为重要的作用，弥补了手工监测在时间、空间的连续性上的不足，但由于受岸边面源污染影响以及水质自动监测技术层面上的一些问题，当自动监测站在运行中出现水质异常趋势时，应立即进行断面水质人工监测，充分发挥人工监测与自动监测的各自优势。随着社会经济的不断发展，对水域的水质监测要求也不断严格，为了使水质监测工作更加的高效，应当继续扩充自动监测指标，提高自动监测灵敏度，建立明确的水质自动监测技术体系，不断挖掘水质自动监测的应用领域，充分发挥高智能化和自动化的优势。